JPH04169390A - 自転車の無段変速機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 □業上の利用分野］ 本発明はクランク軸に対し１対の駆動鎖車を偏心させる
ことにより、変速比を無段階に変化させる、自転車の無
段変速機構に関するものである。

［従来の技術］ 従来の自転車の無段変速機構では、負荷に対応して歯数
の異なる鎖車を選択して、ペダルの操作負担を軽くして
いるが、変速時動力伝達が中断され、無端チェーンが外
れやすいなどの不具合があり、また部品点数が多く、コ
ストが高くなる。

特開昭５９−１０２６８０号公報に開示される自転車の
無段変速機構は、クランク軸に対し駆動鎖車を偏心させ
ることにより、変速比を変えているが、この変速機構は
、駆動鎖車の偏心量が一定でも、クランクの回転角によ
り変速比が大きく変動する。

特に、変速比の変動周期がクランクの１回転ごとに最大
・最小を繰り返すために、クランクの半回転ごとにペダ
ル踏力が変わるのと合致せず、運転者にとって非常に運
転しにくいものとなる。

また、駆動鎖車の偏心状態で、クランクのピンが駆動鎖
車のスリットとの線接触部で、動力を伝達しながら相対
摺動するので、摩擦抵抗が大きく、伝達効率が低く、摺
動部が摩耗しやすいという問題がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は上述の問題に鑑み、動力の伝達が円滑で
、摺動による摩耗がない、自転車の無段変速機構を提供
することにある。

［問題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の構成はクランクに
より駆動される左右１対の駆動鎖車と後輪ハブに一方向
クラッチを介して支持した左右１対の鎖車との間に無端
チェーンを掛け渡し、クランク軸に対して１対の駆動鎖
車を偏心可能に支持し、各駆動鎖車に結合した支持腕を
クランクに揺動可能に軸により連結し、クランクと支持
腕との間に偏心量調節機構を配設したものである。

［作用］ 本発明によれば、１対の駆動鎖車がクランク軸に対し、
それぞれ逆位相に偏心可能に配設さ枳１対の駆動鎖車の
回転が半回転ごとに各別の無端チェーンにより、後輪の
１対の鎖車へ交互に伝達される。駆動鎖車のクランク軸
に対する偏心量を加減すると、変速比（伝達比）が無端
チェーンの掛け替えなしに無段階に変化する。

駆動鎖車の偏心量を増大方向へ付勢する偏心ばねの特性
を適切に設定することにより、坂道などの負荷変動に対
し、最適な変速比が自動的に得られる。

［発明の実施例］ 第２図は本発明による自転車の無段変速機構の平面断面
図、第１図は同側面図である。前フレーム９と後方へほ
ぼ水平に延びる二股状の後ホーク１３との接続部に、ク
ランク軸１０が回転可能に支持され、クランク軸１０の
両端に前後または上下反対方向へ延びる左右のクランク
５が結合される。各クランク５の端部に、軸３によりペ
ダル２が支持される。

後ホーク１３の間に軸１７が固定される。すなわち、軸
１７は端部を、後ホーク１３の平坦に押し潰された後端
部の穴へ挿通し、軸１７の端部にナツト１８を螺合して
締結される。軸１７に後輪のハブ１５が回転可能に支持
される。後輪はハブ１５から放射方向に延びる多数のス
ポーク１４に、タイヤ１２ａを支持するリム１２を結合
して構成される。ハブ１５の両端部にフリーホイルと称
する一方向クラッチを介して１対の鎖車］６が支持され
る。

クランク軸１０に偏心可能に支持した１対の駆動鎖車８
と後輪の１対の鎖車１６の間にそれぞれ無端チェーン６
が掛け渡される。

本発明によれば、各クランク５ど駆動鎖車８との間に偏
心量調節機構が配設される。このため、軸３に支持腕４
が回動可能に支持される。支持腕４はクランク軸１０の
方へ延び、かつクランク５の上側へ重なるよう直角に湾
曲される。支持腕４の端部とクランク５の間に偏心ばね
７が介装される。支持腕４のクランク５と交差する端部
に、ボルト２３により円板状の駆動鎖車８が結合される
。

第１図に示すように、左右１対の駆動鎖車８（第１図に
は右側の駆動鎖車８だけを示す）は独立にクランク軸１
０に対して偏心可能に支持される。クランク軸１０との
干渉を避けるために、駆動鎖車８に長穴２１が設けられ
、長穴２１にクランク軸１０（実際にはクランク５のボ
ス部５ａ）が貫通される。第１図にはクランク軸１０に
対する駆動鎖車８の偏心量ｅが最大の位置を実線で、偏
心量が０の位置を鎖線で示す。無端チェーン６の弛みを
取るために、後ホーク側に支持した緊張車２０が無端チ
ェーン６に係合される。

次に、本発明による自転車の無段変速機構の作動につい
て説明する。停車時、第１図において支持腕４は偏心ば
ね７の力により軸３を中心として反時計方向へ回転付勢
されるので、駆動鎖車８はクランク軸１０に対し最大偏
心位置にある。

ペダル２の踏力を軸３に加えると、駆動鎖車８はクラン
ク軸１０を中心として回転する。実質的に駆動鎖車８は
Ｄ＋ｅの半径をもつ駆動鎖車として無端チェーン６を駆
動し、変速比は（Ｄ＋ｅ）／ｄ　（ただし、Ｄは駆動鎖
車８の半径、ｄは鎖車１６の半径）となる。

後輪の負荷が増大すると、無端チェーン６の引張力が大
きくなり、無端チェーン６により駆動鎖車８が偏心ばね
７の力に抗してクランク軸１０の方へ押される。つまり
、駆動鎖車８のクランク軸１０に対する偏心量ｅが小さ
くなり、変速比が小さくなる。したがって、負荷に対応
して変速比が自動的に変化し、ペダル２にほぼ同じ強さ
の踏力を付与するだけで、平坦路では高速で、登り坂道
では低速で楽に走行することができる。

クランク５の上死点と下死点では、クランク５が駆動鎖
車８に及ぼすトルクは０となるから、無端チェーン６は
強く緊張されたまま、駆動鎖車８は偏心量０の状態にな
る。右側のクランク５の半回転で（上死点から第１図の
状態を経て下死点に達するまで）、第３図に線３０で示
すように変速比が変化する。すなわち、クランク５の上
死点と下死点では、駆動鎖車８の偏心量が０（線２９の
上）になり、変速比はＤ／ｄとなる。クランク５の上死
点と下死点の中間では、偏心ばね７の力により駆動鎖車
８の偏心量ｅが最大になり、変速比は（Ｄ十ｅ）／ｄと
なる。続く左側のクランク５の半回転で、第３図に線３
１で示すように変速比が変化する。

しかし、実際には、後輪の負荷が比較的軽く、左右のク
ランク５を連続的に回転する時は、クランク５の上死点
と下死点で、駆動鎖車８の偏心量は０にならない。その
時の負荷に対応して偏心ばね７の縮み量（偏心量ｅ）が
変化し、左右のクランク５の回転角に対し、第３図に線
３５で示すように変速比が変化する。

なお、上述の実施例で、左右１対の駆動鎖車８は車体の
一方側に配設してもよい。

支持腕４の支点はペダルの軸３に限らず、クランク５の
任意の位置に選択できる。

偏心量調節機構として、ハンドルに配設した変速比選択
レバーの機械的変位を、ケーブルを介してクランク５に
配設したカム機構へ伝達し、クランク５と支持腕４との
角度（偏心量ｅ）を強制的に加減するようにすると、運
転者の脚力に対応した一定の変速比が得られる。また、
支持腕４をクランク５の長手方向に摺動可能に支持し、
ウオーム、ねじなどにより変速比を設定してもよい。

後輪へ駆動鎖車８の回転を伝達する一方面クラッチとし
て、摩擦式一方向クラッチを用いると、左右の駆動鎖車
８のトルク伝達が切り換わる時の動作が、非常に円滑に
なる。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、クランクにより駆動される左右
１対の駆動鎖車と後輪ハブに一方面クラッチを介して支
持した左右１対の鎖車との間に無端チェーンを掛け渡し
、クランク軸に対して１対の駆動鎖車を偏心可能に支持
し、各駆動鎖車に結合した支持腕をクランクに揺動可能
に軸により連結し、クランクと支持腕との間に偏心ばね
を介装したから、次の効果を奏する。

（ａ）　　一般に、クランクが上死点と下死点にある時
は、ペダル踏力がクランクに与える駆動トルクの変換効
率が低く、全回転角について均等な駆動トルクを得るに
は、上死点と下死点でより大きな踏力を要し、運転者に
とり疲れやすい。

しかし、本発明によると、クランクの上死点近傍で変速
比が最小になるように、クランク軸に対する駆動鎖車の
偏心方向を設定すれば、ペダル踏力の伝達効率に適した
変速比が得られ、運転者の疲労が軽減される。

伝達効率の高いクランクの上死点と下死点との間では、
変速比が大きいので、運転者の疲労が少く効率的な高速
運転ができる。

（ｂ）　　駆動鎖車は偏心ばねにより偏心量増大方向へ
付勢されているので、負荷が小さい場合（無端チェーン
にかかる引張力が小さい場合）は、駆動鎖車が最大偏心
位置へ移動し、高速運転が楽にできる。

坂道など負荷が太き場合は、無端チェーンにかかる引張
力も大きくなり、駆動鎖車の偏心量が小さくなるので、
同じ踏力でも大きな駆動トルクが得られる。

（Ｃ）　駆動鎖車を偏心させるものは、クランクと駆動
鎖車を結合する支持腕との間に介装した偏心ばねだけで
あり、特に摺動部がないので、動作が円滑で耐久性に優
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自転車の無段変速機構の側面図、
第２図は同平面図、第３図は同無段変速機構の変速特性
を表す線図である。 ３：軸　４：支持腕　５：クランク　６：無端チエージ
　７：偏心ばね　８二駆動鎖車　１．５：／１ブ　１６
：鎖車　１９ニ一方向クラツチ特許出願人　いすず自動
車株式会社 代理人　　　弁理士　　山本俊夫 第１図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. クランクにより駆動される左右１対の駆動鎖車と後輪ハ
   ブに一方向クラッチを介して支持した左右１対の鎖車と
   の間に無端チェーンを掛け渡し、クランク軸に対して１
   対の駆動鎖車を偏心可能に支持し、各駆動鎖車に結合し
   た支持腕をクランクに揺動可能に軸により連結し、クラ
   ンクと支持腕との間に偏心量調節機構を配設したことを
   特徴とする、自転車の無段変速機構。